Способ определения степени гомогенизации гетерогенных смесей Российский патент 2023 года по МПК G01N21/27 

Изобретение относится к технологии производства многокомпонентных гетерогенных смесей и может быть использовано в строительной, сельскохозяйственной, пищевой, фармацевтической промышленности при анализе степени однородности как готовой многокомпонентной гетерогенной композиции, так и ее полуфабрикатов.

Известен способ определения однородности сыпучей смеси, включающий отбирание пробоотборником исследуемой пробы, помещение пробы под измерительный блок, состоящий из трех фотометрических приборов, измерение оптических плотностей по значениям которых судят об однородности смеси (заявка №2002106464, кл. G01N 21/00, опубл. 20.11.2003).

Недостатком известного способа является необходимость отбора пробы, что делает способ неприменимым для оперативного определения степени однородности смеси.

Известен способ оценки однородности зернистой смеси, включающий отбор проб в сосуд и вычисление однородности смеси (патент РФ 2310186С2, кл. G01N 15/02, опубл. 10.11.2007, бюл. №31).

Недостатком известного способа является необходимость отбора пробы, что делает способ неприменимым для оперативного определения степени однородности смеси.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ определения степени гомогенизации гетерогенных смесей по оптолептической информации об их поверхности, включающий дистанционное сканирование поверхности смеси; подсветку поверхности смеси; обработку полученного изображения с помощью компьютерных цветовых моделей RGB с разложением цвета каждой точки образа поверхности смеси на три составляющих; определение степени однородности смеси; вычисление энтропии оптолептической информации, по значению которой определяют степень однородности перемешиваемой гетерогенной смеси (патент РФ 2489705С1, кл. G01N 21/85, опубл. 10.08.2013, бюл. №22). Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, – дистанционное сканирование поверхности смеси; подсветка поверхности смеси; обработка полученного изображения с помощью компьютерных цветовых моделей RGB с разложением цвета каждой точки образа поверхности смеси на три составляющих; вычисление энтропии оптолептической информации; определение степени однородности перемешиваемой гетерогенной смеси по значению энтропии оптолептической информации.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является низкая точность определения степени однородности гетерогенных смесей в процессе их приготовления вследствие того, что для определенного класса смешиваемых веществ компоненты смеси могут иметь цвет, близкий для всех компонентов RGB-модели, и в технологической системе невозможно обеспечить требуемую освещенность, что приводит к низкой чувствительности известного способа, и как следствие не обеспечивает необходимую точность определения степени однородности гетерогенных смесей в процессе их приготовления.

Задачей изобретения является повышение точности определения степени однородности гетерогенных смесей в процессе их приготовления.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе, включающем дистанционное сканирование поверхности смеси, подсветку поверхности смеси, обработку полученного изображения с помощью компьютерных цветовых моделей RGB с разложением цвета каждой точки образа поверхности смеси на три составляющих, вычисление энтропии оптолептической информации, определение степени однородности перемешиваемой гетерогенной смеси по значению энтропии оптолептической информации, согласно изобретению подсветку поверхности смеси осуществляют узконаправленными световыми лучами; энтропию оптолептической информации рассчитывают на основе степени разброса отраженных узконаправленных световых лучей на поверхности смеси; узконаправленные световые лучи создают лазером.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, – подсветку поверхности смеси осуществляют узконаправленными световыми лучами; энтропию оптолептической информации рассчитывают на основе степени разброса отраженных узконаправленных световых лучей на поверхности смеси; узконаправленные световые лучи создают лазером.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют повысить точность определения степени однородности гетерогенных смесей в процессе их приготовления.

Разные вещества в силу разности их физических свойств (разная вязкость, плотность, поверхностное натяжение, скорость перемещения в аппатате и пр.) в процессе смешения ведут себя по-разному, что неизбежно отражается на хаотичности движения поверхности смеси, которое можно зафиксировать с помощью отраженных узконаправленных световых лучей, создаваемых, например, лазером.

Таким образом, подсветка поверхности смеси, осуществляемая узконаправленными световыми лучами, создаваемыми лазером, обеспечивает повышение точности определения степени однородности гетерогенных смесей в процессе их приготовления.

Отраженные от поверхности смеси лучи в силу изменения ее свойств будут хаотично изменять свою геометрию (место расположения отраженного луча) в зависимости от степени гомогенизации. Таким образом, показателем степени гомогенизации является энтропия оптолептической информации рассчитываемая на основе степени разброса отраженных узконаправленных световых лучей на поверхности смеси, что обеспечивает повышение точности определения степени однородности гетерогенных смесей в процессе их приготовления.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, представленными на фиг.1-6.

На фиг.1 представлены изображения поверхности смеси «строительная смесь - пластификатор» на различных стадиях гомогенизации.

На фиг.2 представлен график зависимости энтропии оптолептической информации приготавливаемой смеси «строительная смесь - пластификатор» от степени ее гомогенизации.

На фиг.3 представлены изображения поверхности смеси «строительный раствор» на различных стадиях гомогенизации.

На фиг.4 представлен график зависимости энтропии оптолептической информации приготавливаемой смеси «строительный раствор» от степени ее гомогенизации.

На фиг.5 представлены изображения поверхности пищевой смеси на различных стадиях гомогенизации.

На фиг.6 представлен график зависимости энтропии оптолептической информации приготавливаемой пищевой смеси от степени ее гомогенизации.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Производят непрерывную подсветку поверхности смеси в процессе ее приготовления источниками света высокой мощности и узкой диаграммой направленности - например, лазером.

С помощью светосканирующего устройства дистанционно снимается образ поверхности смеси.

Осуществляют обработку полученного оптического изображения с помощью компьютерных цветовых моделей RGB с разложением цвета каждой точки образа поверхности смеси на три составляющих.

По данным исследования формируются матрицы отображения цветовых составляющих. При этом выбирается такая матрица, для которой уровень сигнала оптолептической информации будет максимальным. Строят эмпирические законы распределения интенсивности для этой матрицы.

Определяют значение энтропии оптолептической информации для этого цветового слоя. При этом измеряют энтропию оптолептической информации не по цвету, а по степени разброса отраженных узконаправленных световых лучей на поверхности смеси.

При этом по полученной в ходе дистанционного сканирования оптолептической информации вычисляют энтропии оптолептических слоев и анализируют динамику ее изменения.

О степени гомогенизации смеси судят по снижению энтропии оптолептической информации до постоянного значения, полученной по такому оптолептическому слою, для которого интенсивность сигнала представлена максимально.

Возможность осуществления способа подтверждается следующими примерами.

Эксперимент строился следующим образом. В специально подготовленный смеситель, имеющий мешалку с электроприводом, загружались подготовленные компоненты смеси. Включалась мешалка. Поверхность смеси подсвечивалась параллельными лазерными лучами.

Через равные промежутки времени, с помощью фотокамеры производилось снятие поверхности смеси - основы оптолептической информации. Для изображения вычислялась энтропия геометрического разброса лазерных лучей от исходного центра.

В эксперименте использовались три смеси.

Первая смесь представляла собой гомогенизируемый состав строительной смеси с пластификатором. Изображения поверхности этой смеси на различных стадиях гомогенизации представлены на фиг.1. Зависимость изменения энтропии оптолептической информации от условного времени смешения представлена на фиг.2.

Вторая смесь представляла собой смесь «строительный раствор». Изображения поверхности этой смеси на различных стадиях гомогенизации представлены на фиг.3. Зависимость изменения энтропии оптолептической информации от условного времени смешения представлена на фиг.4.

Третья смесь представляла собой пищевую смесь. Изображения поверхности этой смеси на различных стадиях гомогенизации представлены на фиг.5. Зависимость изменения энтропии оптолептической информации от условного времени смешения представлена на фиг.6.

Преимущество изобретения состоит в том, что оно позволяет повысить точность определения степени однородности гетерогенных смесей в процессе их приготовления.

Изобретение относится к анализу степени однородности как готовой многокомпонентной гетерогенной композиции, так и ее полуфабрикатов. Способ включает дистанционное сканирование поверхности смеси, подсветку поверхности смеси, обработку полученного изображения с помощью компьютерных цветовых моделей RGB с разложением цвета каждой точки образа поверхности смеси на три составляющих, вычисление энтропии оптолептической информации и определение степени однородности перемешиваемой гетерогенной смеси по значению энтропии оптолептической информации, согласно изобретению подсветку поверхности смеси осуществляют узконаправленными световыми лучами, энтропию оптолептической информации рассчитывают на основе степени разброса отраженных узконаправленных световых лучей на поверхности смеси. Технический результат - повышение точности контроля определения однородности гетерогенных смесей в процессе их приготовления. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ определения степени гомогенизации многокомпонентных гетерогенных смесей, включающий дистанционное сканирование поверхности смеси, подсветку поверхности смеси, обработку полученного изображения с помощью компьютерных цветовых моделей RGB с разложением цвета каждой точки образа поверхности смеси на три составляющих, вычисление энтропии оптолептической информации и определение степени однородности перемешиваемой гетерогенной смеси по значению энтропии оптолептической информации, отличающийся тем, что подсветку поверхности смеси осуществляют узконаправленными световыми лучами, энтропию оптолептической информации рассчитывают на основе степени разброса отраженных узконаправленных световых лучей на поверхности смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что узконаправленные световые лучи создают лазером.